DE3346355C2 - Behälter zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen - Google Patents

Abstract

Zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen wird ein Behälter aus einer Uranlegierung vorgeschlagen, der gegenüber den bekannten Behältern aus Uran weniger korrosionsanfällig ist und bei höheren Temperaturen keine anisotrope Wärmeausdehnung zeigt. Dazu wird dem vorzugsweise abgereicherten Uran 5 bis 15% Molybdän, 2 bis 15% Kupfer, 1 bis 5% Zirkon, 0,5 bis 5% Chrom, 0,5 bis 2% Nickel, 0,5 bis 1,5% Niob und/oder 0 bis 5% Eisen zulegiert, mit der Maßgabe, daß der Gesamtgehalt der Legierungsmetalle 10 bis 16% und der Zusatz an Chrom, Nickel und Niob mindestens 1,5% beträgt.

Description

Die Erfindang betrifft einen Behälter zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen, dessen Strahlenschutzmaterial Uran enthält.

Derartige Behälter sind aus der DE-OS 23 04 665 und aus der Zeitschrift »Kerntechnik«, 6. Jg. (1964) S. 22—25, bekannt

Bei dem Behälter für radioaktives Material nach der DE-OS 23 04 665 wird Uran als Strahlenschutzmaterial zwischen dem inneren und äußeren Mantel des Behälterkörpers sowie im Abschirmdeckel und auf dem Behälterboden verwendet. Aus »Kerntechnik« Jg. 6 (1964) S. 22—25 ist es bekannt, hierfür abgereichertes Uran zu verwenden. Die Uranguß/'.örper nüssen dabei stets in einen anderen Werkstoff eingekapselt werden, da sie nicht oxidations- und korrosionsbes'jndig sind.

Da Uran außerdem in seinen Eigenschaften anisotrop ist und sich daher bei Erwärmung in den drei Dimensionen verschieden stark ausdehnt, im Gegensatz zu den üblichen Kapselungsmaterialien, wie z. B. Stahl, kann es bei Füllung des Behälters mit stark wärmeabgebenden radioaktiven Stoffen oder beim vorgeschriebenen Feuertest (30 Minuten bei 800⁰C) zu Verwerfungen kommen, die den Behälter beschädigen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Behälter zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen mit Uran als Strahlenschutzmaterial zu schaffen, bei dem Verwerfungen bei erhöhten Temperaturen ausgeschlossen sind und der weniger korrosionsanfällig ist.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Strahlenschutzmaterial aus Uranlegierungen mit 5 bis 15 Gew.-% Molybdän und/oder 2 bis 15 Gew.-% Kupfer und/oder 1 bis 5 Gew.-% Zirkon und/ oder 0,5 bis 5 Gew.-°/o Chrom und/oder 0,5 bis 2 Gew.-% Nickel und/oder 0,5 bis 1,5 Gew.-°/o Niob und/ oder 0 bis 5 Gew.-°/o Eisen, Rest Uran, besteht, wobei der Gesamtgehalt der Beilegierungsmetalle 10 bis 16 Gew.-% und der Zusatz an Chrom, Nickel und/oder Niob mindestens l,5Gew.-% betragen muß.

Diese Legierungen weisen gegenüber dem reinen Uranmetall und bekannten Uranlegierungen eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit auf, so daß man sie direkt als Behälter- und Strahlenschutzmaterial verwenden kann, wobei nur dünne Bleche von 1 bis 2 mm zur Rückhaltung der vom Kern ausgehenden Alpha- und Beta-Strahlungen und keine dickwandigen Abkapselungen oder Stahlmäntel mehr benötigt werden. Außerdem zeigen diese Legierungen praktisch keine Anisotropie in bezug auf unterschiedliche Wärmeausdehnuneauf.

Folgende Legierungen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen:

a) 89% Uran, 8% Molybdän, 1% Zirkon, 1% Chrom und 1% Nickel,

b) 883% Uran, 5% Molybdän, 5% Zirkon, 1,5% Niob,

c) 88^% Uran, 4% Kupfer, 5% Zirkon, 1% Chrom, 15% Niob,

d) 85% Uran, 5% Kupier, 4% Zirkon, 5% Chrom, 1 % ίο Nickel.

Diese Legierungen sind strahlenbeständig und zeigen nur eine um ca. 10% niedrigere Strahlenabschirmwirkung als reines Uran. Die Herstellung der Legierungen Beim Schmelzen ist ohne Probleme, wie auch das Gießen der entsprechenden Formkörper. Je nach Anforderung an die Korrosionsbeständigkeit entsprechend den unterschiedlichen geologischen Formationen der Endlager kann man die Zusätze der Legierungsmetalle in den beanspruchten Bereichen variieren.

Die Verwendung von Uraniegierungen ais Strahlenschutz- und Behältermaterial hat den weiteren Vorteil, daß abgereichertes Uran, das in großen Mengen bei der Anreicherung von Uran-235 anfällt und ebenfalls als radioaktiver Abfall behandelt werden muß, gleichzeitig endgelagert wird, ohne daß eigene Behälter hierfür notwendig wären. Das gleiche gilt für mehrmals aufgearbeitetes Uran aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente, das wegen der Anreicherung von nicht spaltbarem Uran-236 nicht mehr für die Brennelementherstellung verwendet werden kann.

Das Zulegieren von Kupfer und Zirkon zu Uran dient vor allem der Verbesserung der Korrosionseigenschaften. Dabei sollte der Zirkongehalt nicht höher als 5% sein, da sonst der Schmelzpunkt der Legierung zu stark herabgesetzt wird. Das Zulegieren von Eisen ist ebenfalls möglich, wobei auch hier nicht mehr als 5% zugegeben werden dürfen, da sonst der Schmelzpunkt unter 900" C absinkt.

Molybdän und Zirkon beseitigen im Zusammenwirken mit Chrom, Nickel und/oder Niob die Anisotropie des Urans.

Der Behälter besteht normalerweise aus einem Gußkörper aus Uranlegierung, der mit einem etwa 2 mm starken Blechmantel umgeben ist, der die Alpha- und Beta-Strahlung abschirmt, die aus dem Uran bzw. dessen Zerfallsproduktion herrühren. Außerdem kann man noch eine zusätzliche Außenhülle verwenden, deren Werkstoff gegen Korrosionseinflüsse, wie z. B. Salzlauge, beständig ist. Hierfür kommen Kupfer-Zinn-Bronzen, Titan und Nickelbasislegierungen in Betracht.

Die Abbildung zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Behälter. Das Strahlenschutzmaterial (1) in Form einer Uranlegierung ist außen von einem dünnen Blechmantel (2) umgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Behälter zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen, dessen Strahlenschutzmaterial Uran enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenschutzmaterial aus Uranlegierungen mit 5 bis 15 Gew.-°/o Molybdän und/oder 2 bis 15 Gew.-°/o Kupfer und/oder 1 bis 5 Gew.-°/o Zirkon und/oder 0,5 bis 5 Gew.-% Chrom und/oder 0,5 bis 2 Gew.-% Nickel und/oder 0,5 bis 1,5 Gew.-°/o Niob und/oder 0 bis 5 Gew.-% Eisen, Rest Uran, besteht, wobei der Gesamtgehalt der Beilegierungsmetalle 10 bis 16 Gew.-% und der Zusatz an Chrom, Nickel und/oder Niob mindestens l,5Gew.-% betragen muß.